سبد خرید شما خالی است.
ارزیابی و عوامل فرونشست و راه کار های جلوگیری از این پدیده
فرونشست زمین، پیامد های اجتماعی، محیط زیستی و اقتصادی زیادی را در پی دارد. به عنوان مثال آسیب به زیر ساخت هایی نظیر راه، هزینه های قابل توجهی را به کشور تحمیل می‌کند و بر روی اقتصاد نیز تاثیر می‌گذارد. این مسئله، بر روی کیفیت زندگی مردم اثر منفی می‌گذارد. به علاوه، فرونشست زمین با کاهش ظرفیت آبخوان ها، باعث ایجاد مشکل در سیستم‌های تامین و توزیع آب می‌شود. مناطق نزدیک به ساحل نیز در صورت مواجه با این پدیده، به زیر آب می‌روند. اگر این مناطق، مسکونی باشند، فرونشست زمین می‌تواند یک فاجعه را در پی داشته باشد. در این مقاله، به طور جامع در مورد پیامد های فرونشست زمین صحبت خواهیم کرد.
کلمات کلیدی : وکیوم ، پمپ خاموش، فرونشست، زهکشی، تحکیم
بیشتر بدانید!
سیستم وکیوم (پمپ خاموش) در عایق بندی و ایزولاسیون دیوار های گود برداری سازه
تعریف فرونشست
فرونشست زمین (Land Subsidence) اصطلاحی عمومی است که اشاره به حرکت عمودی و رو به سمت پایین سطح زمین دارد و می‌تواند توسط فرایند های طبیعی، فعالیت های انسانی یا هر دوی آنها رخ دهد. وجه تمایز فرونشست زمین با حرکت های توده ای در این است که در فرونشست زمین حرکت افقی کمی یا هیچ حرکت افقی در سطح زمین رخ نمی‌دهد.
علت اصلی وقوع پدیده فرونشست
هنگام خروج سیالات از درون فضای خالی بین ذرات خاک در اعماق، وزن لایه های بالایی باعث حرکت رو به پایین زمین می‌شود، به این پدیده تحکیم خاک گفته می شود که در انواع خاک رفتار متفاوتی دارد. فرونشست زمین، علت های طبیعی و انسانی متعددی دارد. از فرآیند های اصلی تاثیر گذار بر روی رخداد این پدیده می‌توان به انحلال سنگ های کربناته موجود در لایه های پایینی توسط آب های زیرزمینی، فشردگی تدریجی رسوبات، خروج گدازه از زیر پوسته زمین، معدن کاری، پمپاژ سیالات زیر زمینی به سطح (آب و نفت) یا حرکت تکتونیکی زمین اشاره کرد. در بخش های بعدی، به توضیح بیشتر راجع به هر یک از دلایل فرونشست خواهیم پرداخت.
شکل 1. پدیده فرو نشست و فرسایش خاک
مهم ترین عامل فرونشست، خروج سیال از درون خاک های زیر زمین است. پدیده تحکیم با توجه به نوع خاک بصورت آنی یا به طور تدریجی و معمولا در بلند مدت رخ می‌دهد که در نهایت منجر به فرو نشست زمین می گردد.
وقتی که لوله‌های فاضلاب ترک می‌خورند یا اتصالات سست می‌شوند، آب های کثیف می‌توانند به خاک اطراف نشت کنند. این نشتی زمین را ناپایدار می‌کند با سست شدن خاک یا شستن آن، به ویژه در زیر بنا های ساختمانی. نتیجه این است که حمایت خاک از بین می‌رود، که باعث می‌شود زمین و هر سازه ای که بالای آن است، پایین برود، فرآیندی که به آن فرونشست می‌گویند.
اثرات مخرب فرونشست زمین
کاهش ظرفیت آبخوان ها، تخریب زیر ساخت ها، تغییر در سیستم های آبی و زهکشی، افزایش سیل در نواحی ساحلی و تخریب اکوسیستم، از مهم ترین اثرات منفی فرونشست هستند. در ادامه، به تشریح هر یک از این اثرات می‌پردازیم.
پی و شالوده کم عمق و ساده، بیشتر از دیگر انواع پی ها در معرض خطر فرونشست قرار دارند. بیشترین تغییر دما و تغییر وضعیت آبهای زیر زمینی، در نواحی نزدیک به سطح رخ می‌دهد. از این رو، اگر فونداسیون سازه، نزدیک به سطح زمین باشد، احتمال آسیب های ناشی از فرونشست (مخصوصا در خاک های رسی) بیشتر خواهد بود.
فونداسیون های سازه های قدیمی، معمولا دارای عمق کم و مصالح انعطاف پذیر هستند. همین مسئله، احتمال جابجایی های فصلی را در این نوع سازه ها افزایش می‌دهد. از دیگر عوامل موثر بر فرونشست سازه ها می‌توان به توسعه غیر یکپارچه آن ها اشاره کرد. به عنوان مثال، همان طور که اشاره کردیم، سازه های قدیمی معمولا دارای فونداسیون های کم عمق و منعطف هستند. توسعه این سازه ها با فونداسیون های عمیق و صلب، جابجایی نا متوازن و ترک خوردگی را در پی خواهد داشت.
فرونشست زمین، اکوسیستم نواحی ساحلی زیادی را تحت تاثیر قرار می‌دهد. تغییر در سیستم‌های آبی و طغیان آب در نواحی ساحلی، به جانوران و گیاهان آسیب می‌رساند. این مسئله، گونه های محلی را مجبور به ترک محل زندگی‌شان می‌کند.
تاثیر خاک ریزدانه چسبنده و دانه ای غیر چسبنده بر روی فرونشست
خاک های غیر چسبنده مانند شن و ماسه، نفوذ پذیری بالاتری نسبت به رس و سیلت دارند. به همین دلیل، جریان آب به جای جذب شدن، از درون آن ها عبور می‌کند. خاک های غیر چسبنده، به شدت خاک های چسبنده بر روی جمع شدگی و بر آمدگی زمین تاثیر نمی‌گذارند. با این وجود، احتمال شسته شدن آنها بر اثر شکستن لوله های انتقال آب، نشت یا سیل وجود دارد. در مجموع، نوع خاک منطقه، ویژگی بسیار مهمی است که باید پیش از اجرای سازه های مهندسی، مطالعات ژئوتکنیکی جامعی بر روی آن صورت گیرد.
خاک های رسی ریزدانه آسیب پذیری بیشتری دارند، زیرا می‌توانند به طور قابل توجهی در پاسخ به تغییرات رطوبت متورم و منقبض شوند. نشت فاضلاب این مسأله را تشدید می‌کند زیرا آب اضافی را وارد می‌کند، که می‌تواند منجر به حرکت بیشتر خاک و فرونشست شود.
تاثیر فرونشست بر سیستم های آبی و زهکشی
پمپاژ بیش از حد آب زیرزمینی و فرونشست زمین، دبی جریان و کیفیت آب را کاهش می‌دهد. این کار باعث افزایش احتمال نفوذ مواد شیمیایی به اعماق زمین و آلوده شدن آب آشامیدنی می‌شود. از دیگر اثرات فرونشست بر سیستم آبی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• تخریب اکوسیستم
• تغییر جریان زهکشی
• گسترش محدوده سیلاب
راه کار های اجرایی و عملیاتی جهت جلوگیری از فرونشست و عوامل موثر در کاهش ریسک این پدیده
عمدتاً نگهداری مناسب از درختان و درختچه ها (که 75٪ از ادعا های فرونشست ناشی از آن هاست) و ساماندهی به سیستم تخلیه آب. افزایش یا حذف درختان و درختچه‌ها جلوگیری می‌کند از این که آن ها خاک را از آب تخلیه کنند و به این ترتیب آب بیشتر در خاک باقی می‌ماند. با این حال، قبل از انجام این کار باید با یک متخصص درخت شناسی مشورت کنید زیرا حذف بی‌رویه همه درختان و درختچه‌ها ممکن است منجر به پدیده‌ای به نام ‘خیزش’ شود. این زمانی است که زمین به دلیل تجدید آب به سمت بالا حرکت می‌کند و این می‌تواند مشکلات خاص خود را ایجاد کند. همچنین، برخی درختان ممکن است تحت حفاظت درخت (TPO) باشند که در این صورت باید از مقامات محلی قبل از حذف یا افزایش هرکدام از آن ها اجازه بگیرید [1] .
اثرات منفی زهکشی و برداشت آب زیرزمینی در فرونشست
• افت سطح آب زیر زمینی: برداشت بیش از حد آبهای زیر زمینی و زهکشی منجر به کاهش سطح آب در سفره های زیرزمینی می‌شود. این افت سطح آب، به ویژه در خاک های سست و آبرفتی، باعث تراکم و فشرده شدن لایه های خاک و در نتیجه فرونشست زمین می‌گردد.
⦁ تخریب سازه ها و زیرساخت ها: فرونشست ناشی از زهکشی و کاهش سطح آب زیرزمینی می‌تواند خسارات جدی به سازه ها، خطوط انتقال آب، گاز و فاضلاب، جاده ها و زمین های کشاورزی وارد کند.
• تغییر در الگوی زهکشی: فرونشست می‌تواند الگوی جریان آب های سطحی و زیرزمینی را تغییر دهد و حتی منجر به سیلاب‌های محلی یا خشکسالی شود.
• تشدید فرونشست در مناطق شهری: در کلانشهر هایی مانند تهران، برداشت بی رویه آب و زهکشی های گسترده، عامل اصلی نرخ بالای فرونشست (تا ۳۵ سانتی متر در سال در برخی مناطق) است.
• عدم مدیریت آب های سطحی و زیرزمینی: عدم استفاده از سیستم‌های زهکشی مناسب می‌تواند منجر به هدر رفت آب های سطحی و زیرزمینی و باعث تجمع آب و نرم شدن بیش از حد خاک گردد.
• کاهش ظرفیت باربری خاک: عدم اجرای شبکه زهکشی اصولی در پروژه های ساختمانی باعث کاهش ظرفیت باربری خاک زیر فونداسیون و افزایش خطر نشست ناگهانی می‌شود [3].
• آسیب های ثانویه: زهکشی غیر اصولی منجر به بروز آسیب های ثانویه مانند ترک خوردگی در سازه ها و جابجایی ساختمان ها می گردد.
شکل2. پدیده فرو نشست در مناطق شهری
اثر سیستم عایق بندی به روش وکیوم پمپ خاموش در جلوگیری از پدیده مخرب فرونشست
⦁ زهکش های عمودی باعث می‌شوند آب منفذی موجود در خاک سریع تر تخلیه شود. این امر، همراه با اعمال خلاء، موجب افزایش سرعت تحکیم و کاهش زمان نشست خاک می‌شود.
⦁ افزایش یکنواختی مکش و تحکیم: مکش ایجاد شده توسط سیستم وکیوم پمپ خاموش سبب می شود، مکش به طور یکنواخت در لایه های مختلف خاک توزیع شود و از ایجاد نقاط ضعف یا مناطق اشباع جلوگیری گردد و تحکم خاک سریعتر رخ دهد.
⦁ سیستم وکیوم سبب کاهش خطر نشست نا همگون و آسیب زا به عایق می گردد و مانع از تجمع آب در نقاط خاص و ایجاد نشست های موضعی که می‌تواند به لایه عایق آسیب بزند یا باعث کاهش اثر بخشی آن گردد، می شود.
⦁ سیستم وکیوم (پمپ خاموش) با دور کردن آب اضافی از اطراف عایق، فشار هیدرواستاتیک را کاهش داده و طول عمر و کارایی لایه عایق خلاء را افزایش می‌دهند (شكل 3).
⦁ انتخاب درست زهکش و اجرای صحیح آن، از گرفتگی زهکش ها و کاهش دبی آب جلوگیری می‌کند؛ این موضوع برای حفظ عملکرد سیستم عایق بندی وکیوم (پمپ خاموش) حیاتی است.
شکل3. عایق کاری فونداسیون با ژئوممبرین به روش وکیوم (پمپ خاموش)
شکل4. برداشت بی رویه آبهای زیر زمینی در مناطق شهری و پدیده تحکیم
نکات کلیدی در طراحی و اجرای زهکش برای سیستم وکیوم پمپ خاموش
⦁ ظرفیت دبی زهکش باید متناسب با میزان آب موجود و سرعت مطلوب تخلیه انتخاب شود تا خلاء ایجاد شده به طور مؤثر عمل کند.
⦁ نصب نا مناسب می‌تواند باعث دست خوردگی خاک و محل اجرای طرح و کاهش عملکرد زهکش شود.
جمع بندی
برای جلوگیری از فرونشست زمین، استفاده بهینه از منابع آبی و کاهش وابستگی به آب های زیرزمینی بسیار مهم است. یکی از راهکار های کلیدی، استفاده از دستگاه تصفیه الکترواسموز معکوس و بازیافت آب برای کاهش برداشت از سفره های زیرزمینی است [2]. تصفیه و باز یافت آب شهری می تواند آب مورد نیاز برای آبیاری، صنایع و حتی مصارف خانگی را تامین کرده و فشار بر منابع زیرزمینی را کاهش دهد، همچنین بوسیله روش کاربردی، اقتصادی و موثر سیستم وکیوم پمپ خاموش جهت عایق کاری می توان از اتلاف بی رویه منابع آب جلوگیری نموده و در نتیجه خاک را از خروج بی رویه آب محافظت نمود و در نهایت از پدیده مخرب فرونشست و پدیده تحکیم در انواع خاک ها خصوصا ریزدانه و چسبنده جلوگیری کرد، از جمله اقداماتی که به بازسازی آبخوان ها کمک می کند، تزریق آب های سطحی مازاد به منابع زیرزمینی و اجرای سیستم های آبیاری کار آمد، مانند آبیاری قطره ای و بارانی است که مصرف آب را به حداقل رسانده و از هدر رفت آن جلوگیری می کند.
” نویسنده : دکتر علی طاهریان، دکتری تخصصی مهندسی عمران- ژئوتکنیک ”
References
[1] Zurui A. Xiaomei H. Shengli T. Xie H. Guoquan W. Mingjia L (2024) A national-scale assessment of land subsidence in China’s major cities, Science, 384,301-306.
[2] Zou L. Kent J. Lam N (2016) Evaluating Land Subsidence Rates and Their Implications for Land Loss in the Lower Mississippi River Basin, Water 8(1), 10.
[3] Taherian A, Yazdi M, Danaei I, Zad A (2024) Evaluation of efficiency of SDS and Tween 20 surfactants on refining of diesel contaminated clay using electrokinetic process and determination of compressive strength of clay, Journal of Civil and Environmental Engineering, 53,179-190.
